MARIANA DARÉ ARAUJO NEVES
A INFLUÊNCIA DAS SUPERFÍCIES VEGETADAS NO CONFORTO
TÉRMICO: SIMULAÇÕES NO CENTRO DE VITÓRIA-ES
VITÓRIA 2017
MARIANA DARÉ ARAUJO NEVES
A INFLUÊNCIA DAS SUPERFÍCIES VEGETADAS NO CONFORTO TÉRMICO: SIMULAÇÕES NO CENTRO DE VITÓRIA-ES
Dissertação de mestrado, apresentada ao Programa de Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), como requisito para o Exame junto ao Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo/UFES.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Daniella do Amaral Mello Bonatto
VITÓRIA 2017
A INFLUÊNCIA DAS SUPERFÍCIES VEGETADAS NO CONFORTO TÉRMICO: SIMULAÇÕES NO CENTRO DE VITÓRIA-ES
Dissertação de mestrado, apresentada ao Programa de Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), como requisito para o Exame junto ao Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo/UFES.
Orientadora: Prof.ª Dr. ª Daniella do Amaral Mello Bonatto
COMISSÃO EXAMINADORA
Profª. Drª. Daniella do Amaral Mello Bonatto
Universidade Federal do Espírito Santo Orientadora
Profª. Drª. Andréa Coelho Laranja
Universidade Federal do Espírito Santo
Profª. Drª. Dra. Cynthia Marconsini Loureiro Santos
AGRADECIMENTO
Pelo saber transmitido, agradeço aos professores doutores do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo – PPGAU- UFES: José Francisco Bernardino Freitas, Marina Dias, Martha Machado Campos e a Profª. Dra. Daniella Bonatto, primeiramente por ter me aceitado como sua orientanda e pela dedicação e compreensão das minhas falhas na escrita e minhas insufiências na arquitetura.
Às professoras Doutoras Andréa Coelho Laranja e Cynthia Marconsini Loureiro Santos por terem participado da banca de qualificação com as orientações técnicas para chegar nos resultados.
À aluna de pesquisa científica, Thais de Souza, por ter me acompanhado no caminho da pesquisa com simulação e compartilhado dos trabalhosos dados para as simulações.
Ao fundador do software ENVI-met Dr. Michael Bruse que proporcionou apoio à pesquisa pelo fórum.
A secretária Juliete do PPGAU que sempre me mantinha informada sobre os prazos.
E, por fim, a Universidade Federal do Espírito Santo que possibilitou o caminho do conhecimento.
RESUMO
Os danos causados ao ambiente natural intensificaram-se ao longo do processo de urbanização das cidades. Tais danos são resultantes do aumento populacional e do crescimento urbano espraiado sem um planejamento urbano adequado capaz de garantir a qualidade da ambiência urbana. Redução das áreas verdes e dos espaços livres públicos, formação de ilhas de calor, alagamentos constantes, perda de qualidade e da quantidade de água nos corpos hídricos são alguns dos problemas decorrentes desse contexto. Diante dessa problemática, diversas pesquisas direcionam-se à qualidade do ambiente urbano, ao conforto térmico e à mitigação de problemas bioclimáticos. Considerando que áreas verdes são fatores preponderantes para a amenização climática, este trabalho objetivou avaliar a capacidade de melhoria do microclima urbano e do conforto térmico pela influência dos telhados e paredes vegetadas, utilizando para o estudo uma área já consolidada e carente de vegetação, no Centro de Vitória – ES. A metodologia de pesquisa baseou-se na literatura sobre clima urbano, técnicas de aplicação de superfícies vegetadas no Brasil e no exterior e simulações no software Envi-met para aferir a influência dessas superfícies ao nível do pedestre. As simulações consideraram as variáveis climáticas como temperatura, umidade e velocidade dos ventos para fins de análise dos seus efeitos na configuração urbana delimitada. Os resultados demonstraram que a inserção da vegetação nas paredes construídas diminuiu até 4,3 °C na temperatura do ar e 02 pontos do PMV. A inserção da vegetação nos telhados pouco reduziu no nível do pedestre - 0,08 º C e 0,03 pontos do PMV - dado os edifícios estudados serem altos, situação em que telhados verdes têm maior influência sobre a temperatura interna. As simulações demonstraram a eficiência das paredes verdes em melhorar o microclima urbano em área consolidada e que não teria capacidade de receber arborização urbana, sendo uma alternativa adequada e possível.
Palavras-chave: Superfícies vegetadas. Simulações. Conforto térmico. Qualidade urbana. Envi-met.
Damages caused to the natural environment have been intensified throughout the urbanization process. These damages are the result of a scattered population and urban housing growth done without the adequate urban planning needed to guarantee the urban environment’s quality. Reduction of green areas and public spaces, formation of heat islands, constant flooding, loss of quality and quantity of water in the water bodies are some of the problems arising from this context. Given this problem, several researches are directed to the quality of the urban environment, the thermal comfort and the mitigation of bioclimatic problems. Considering that green areas are a predominant factor for climatic variation, this study aimed to evaluate the improvement capacity of the urban microclimate and the thermal comfort by the influence of vegetation roofs and walls, using for the study an area already consolidated and devoid of vegetation, in the Center of Vitória - ES. The research methodology was developed based on the literature about the urban climate, application techniques of vegetated surfaces in Brazil and abroad and simulations in the Envi-met software to assess the influence of these surfaces at the pedestrian level. The simulations considered the climatic variables as temperature, humidity and velocity of the winds for analyzing their effects in the delimited urban configuration. The results showed that the vegetation insertion in the constructed walls decreased to 4.3 ° C in the air temperature and 02 points in the PMV. The insertion of vegetation on the roofs reduced little at the pedestrian level - 0.08 º C and 0.03 points of the PMV - given the buildings studied were high, situation in which green roofs have greater influence on the internal temperature. The simulations demonstrated the efficiency of the green walls in improving the urban microclimate in a consolidated area and that would not have the capacity to receive urban afforestation, being a suitable and possible alternative.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Temperatura superficial dos materiais ... 31
Tabela 2- Índices de resistência térmica das principais peças de roupa ... 41
Tabela 3- Escala de sensação térmica ... 47
Tabela 4: Tabela de alturas ... 87
Tabela 5 - Propriedades térmicas dos materiais construtivos utilizados para as coberturas ... 100
Tabela 6- Dados das variáveis climáticas ... 102
Tabela 7- Valores de dados climáticos para Vitória ... 102
Tabela 8: Dados de entrada do modelo ... 103
Tabela 9- Dados de entrada da grama ... 109
Tabela 10- Tabela Comparativa de Temperatura do ar ... 113
Tabela 11- Tabela Comparativa de Umidade relativa do ar ... 119
Tabela 12 - Tabela Comparativa de Velocidade do Vento ... 123
Tabela 13- Tabela Comparativa de MRT ... 127
Tabela 14- Tabela Comparativa de PMV ... 131
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Configuração do clima ... 23
Figura 2- Formação do clima urbano ... 25
Figura 3- Esquema das escalas climáticas proposto por Oke – Mesoescala ... 26
Figura 4- Esquema das escalas climáticas proposto por Oke – Escalas Local e Microclimática ... 26
Figura 5- Esquema de balanço térmico e hídrico ... 28
Figura 6- Albedo dos materiais urbanos ... 30
Figura 7- Impacto da radiação solar em diferentes configurações ... 32
Figura 8- Efeito da rugosidade sobre o perfil de velocidade dos ventos ... 33
Figura 9- Regime de escoamento de um cânion urbano ... 34
Figura 10- Regime de escoamento de um cânion urbano ... 34
Figura 11- Seção transversal generalizada de uma típica ilha térmica urbana ... 35
Figura 12 - Variáveis que atuam na formação de ilha de calor ... 36
Figura 13 - Processos de manutenção do equilíbrio térmico ... 40
Figura 14- Gráfico de relação dos índices PPD e PMV ... 48
Figura 15- A espécie arbórea e a radiação solar ... 54
Figura 16- Cobertura de turfa na Islândia ... 56
Figura 17- Arquitetura de Hundertwasser ... 57
Figura 18- Arquitetura de Hundertwasser ... 57
Figura 19- Proposta de megacidade tropical arrefecido por plantas ... 58
Figura 20 - Projeto do edifcio 300 Lafayette Street ... 58
Figura 21- Classificação das paredes verdes de acordo com o tipo de tecnologia ... 60
Figura 22 - Fachada verde tradicional direto ... 60
Figura 23 - Corte esquemático – Fachada verde tradicional ... 60
Figura 24 - Sistema indireto de fachadas verdes indiretas ... 61
Figura 25 - Corte esquemático – Sistema Contínuo ... 61
Figura 26- Sistema de treliças modulares ... 61
Figura 27 - Sistema de fachada verde – Treliça no Edifício Seguro Nacional, Santiago - Chile ... 62
Figura 28 - Corte da fachada ... 62
Figura 29 - Sistema de paredes vivas com variedade de espécies - Edifício no Minhocão, São Paulo ... 63
Figura 30 - Corte esquemático do sistema com mantas. ... 63
Figura 31 - Mantas Geotêxtis – Av. 23 de Maio - São Paulo ... 63
Figura 32 - Paredes vivas em módulos de plástico ... 64
Figura 33 - Sistema modular ... 64
Figura 34 - Telhado Verde Extensivo, casas particulares, ... 67
Figura 35 - Telhado Recreativo, Museu, ... 67
Figura 36 - Telhado Recreativo – Praça do Papa, ... 68
Figura 37 - Telhado Verde Intensivo, Springer House, ... 68
Figura 38 - Telhado Verde Intensivo, Prefeitura e Edifício Particular, ... 69
Figura 39 - Vista frontal prédio da ... 69
Figura 40 - Rockefeller Center, Nova Iorque, EUA ... 71
Figura 41 - Localização da cidade de Vitória, ES ... 73
Figura 42- Áreas com vegetação no município de Vitória- ES. ... 74
Figura 43 - Mapa de uso do solo urbano de Vitória no ano de 2017. Em vermelho o bairro Centro. ... 75
Figura 44 - Mapa de Temperatura do Município de Vitória no ano de 2016 ... 76
Figura 45 - Área de estudo no Centro de Vitória ... 77
Figura 46 - Av. Jerônimo Monteiro em 1940 com os bondes participando da paisagem urbana. À esquerda, o Cine-teatro Glória, e à direita, o edifício do Banco Hipotecário e Agrícola. ... 78
Figura 47 – Isométrico de tipologia da área selecionada ... 78
Figura 48 - Gabarito da área selecionada. ... 79
Figura 49 - Trecho da Avenida Jerônimo Monteiro ... 80
Figura 50 - Trecho da Avenida Jerônimo ... 80
Figura 51: Rosa dos ventos para a cidade de Vitória ... 81
Figura 52 - Diagrama de insolação para o dia 15 de janeiro de 2016. ... 82
Figura 53 - Fachada das edificações da Avenida Jerônimo Monteiro ... 83
Figura 54 - Fachada das edificações da Avenida Jerônimo ... 84
Figura 55 - Fachada das edificações da Avenida ... 85
Figura 56 - Edificações com interesse em preservação ... 86
Figura 57 - Numeração das edificações ... 86
Figura 58: Vista da cobertura dos edifícios ... 88
Figura 59: Tipologias dos revestimentos horizontais ... 88
Figura 61 - Vista de cima para visualização das fachadas do lado esquerdo ... 90
Figura 62 - Testes com áreas menores ... 95
Figura 63 - Configuração final da área ... 95
Figura 64: Editor de criação do modelo da área... 96
Figura 65: Editor de componentes do solo ... 97
Figura 66: Editor de componentes do solo com maior aproximação ... 97
Figura 67: Edição para inserção dos vidros nas paredes ... 98
Figura 68 - Edição das dimensões e componentes ... 99
Figura 69 - Propriedades térmicas dos materiais da parede ... 100
Figura 72 - Editor de dados – ENVI- met ... 104
Figura 73 - Cenário atual ... 105
Figura 74 - Cenário parede verde ... 106
Figura 75 - Configuração da área com telhado verde ... 107
Figura 76 - Gráfico de classificação de plantas ... 109
Figura 77 - Medidor de radiação em ... 110
Figura 76 - Editor de configuração de plantas ... 110
Figura 77 - Gráfico de Diferença média Percentual de Temperatura do ar ... 113
Figura 78 - Mapas de Temperatura do Ar - 9 horas ... 114
Figura 79 - Mapas de Temperatura do Ar - 15 horas ... 116
Figura 80: Mapas de Temperatura do Ar - 19 horas ... 117
Figura 81: Gráfico de Diferença média Percentual de Umidade Relativa do ar ... 119
Figura 82 - Mapa Umidade Relativa - 9 horas ... 120
Figura 83: Mapa Umidade Relativa - 15 horas ... 121
Figura 84: Mapa Umidade Relativa - 19 horas ... 122
Figura 85 - Gráfico de Diferença média Percentual de Velocidade do vento ... 123
Figura 86: Mapa velocidade de vento - 9 horas ... 124
Figura 87: Mapa velocidade de vento - 15 horas ... 125
Figura 88 - Mapa velocidade de vento - 19 horas ... 126
Figura 89: Gráfico de Diferença média Percentual de MRT para um ... 127
Figura 90 - Mapa de Temperatura Média Radiante - 9 horas... 128
Figura 91 - Mapa de Temperatura Média Radiante - 15 horas... 129
Figura 92 - Mapa de Temperatura Média Radiante - 19 horas... 130
Figura 93 - Gráfico de Diferença média Percentual de PMV ... 132
Figura 95 - Mapa PMV - 15 horas ... 133
Figura 96: Mapa PMV - 19 horas ... 135
Figura 97 - Gráfico da Diferença média Percentual de PPD ... 136
Figura 98 - Mapa PPD - 9 horas ... 137
Figura 99 - Mapa PPD - 15 horas ... 138
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 13
1.1. OBJETIVOS GERAL E ESPECÍFICOS ... 15
2. ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS E A QUALIDADE DO AMBIENTE URBANO.18 2.1. CLIMA ... 20
2.1.1. O clima urbano ... 24
2.1.2. Escalas Climáticas ... 26
2.1.3. Fatores climáticos locais ... 27
2.1.4. Dos Albedos ... 29
2.1.5. Da Rugosidade ... 32
2.1.6. Ilhas de calor ... 35
2.1.7. Conforto térmico em espaços públicos abertos ... 39
2.1.8. Índices de conforto térmico ... 49
2.2. A INFLUÊNCIA DA VEGETAÇÃO NO MEIO URBANO ... 49
2.2.1. Benefícios psicológicos da vegetação ... 51
2.2.2. Benefícios da vegetação no clima urbano ... 53
2.2.3. Superfícies vegetadas ... 55
2.2.4. Sistema construtivo de telhados verdes ... 66
3. MÉTODOS ... 72
3.1. CARACTERIZAÇÃO DA ZONA URBANA ... 73
3.1.1. Delimitação da área de estudo ... 76
3.1.2. Seleção de superfícies a serem vegetadas ... 83
3.2. SIMULAÇÕES ... 91
3.2.1. Configurações dos arquivos para simulação ... 93
3.2.2. Cenários de modelagem ... 105
3.2.2.1. Cenário Atual ... 105
3.2.2.3. Cenário com telhados verdes ... 106
3.2.3. Definição dos parâmetros para análise do conforto do pedestre ... 107
3.2.4. Definição da vegetação usada nas superfícies ... 108
3.3. RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES ... 111
3.3.1. Sistematização dos resultados ... 104
3.3.1.1. Temperatura do ar ( °C) ... 112
3.3.1.2. Umidade Relativa do Ar (%) ... 118
3.3.1.3. Velocidade do ar (m/s) ... 123
3.3.1.4. Temperatura Radiante Média - MRT ( °C) ... 127
3.3.1.5. Voto Médio Estimado- PMV ... 131
3.3.1.6. Índice de Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas- PPD ... 136
3.4. CONCLUSÕES A PARTIR DOS RESULTADOS ... 140
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 145
1. INTRODUÇÃO
A partir da década de 70, as superfícies vegetadas foram adotadas nas edificações como forma de mitigar os efeitos negativos, decorrentes de alterações no uso e ocupação do solo e inerentes ao processo de urbanização das cidades. As modificações ocorridas no crescimento das cidades, tais como: supressão de áreas vegetadas, mudanças nas propriedades dos materiais naturais do solo, entre outros, provocaram diversas implicações no ciclo da água, no clima urbano e, até mesmo, no cotidiano da população.
Conforme Hough (1994 apud HERZOG; ROSA, 2010), no século XX, o planejamento urbano teve enfoque na mobilidade com o uso de automóveis e, ocasionou o espraiamento das cidades sobre áreas, como nascentes, áreas alagadas, áreas de preservação e ecossistemas naturais. A substituição dos elementos da natureza por edificações e por áreas pavimentadas produziu impactos no ambiente e clima urbano. Essas implicações são evidenciadas nas alterações dos elementos climáticos, como aumento da temperatura do ar, por exemplo, que consequentemente pode provocar desconforto ambiental e danos à saúde da população (SHINZATO, 2009; CORTEZ e ORTIZOGA, 2009).
Situações como as exemplificadas requerem medidas capazes de evitar que tais alterações provoquem maiores desastres ecológicos. Nesse sentido, uma importante forma de adaptação ao ambiente construído é ampliar o percentual de áreas verdes sobre as superfícies construídas, já que são escassos os espaços a serem transformados em áreas verdes dentro das cidades, sobretudo a partir da arborização urbana. Assim, a alternativa das superfícies vegetadas possibilita reabilitar áreas, tornando-as mais resilientes, no que se refere à “[...] capacidade de um sistema absorver impactos e manter suas funções ou propósitos, isto é, sobreviver ou persistir em ambiente com variações, incertezas” (Herzog 2013, p. 79)
Dessa forma, as próprias cidades correspondem a um locus e potencial transformador. Se as edificações foram priorizadas no ambiente urbano,
atualmente as “superfícies vegetadas” também conhecidas como “telhados e paredes verdes” são estratégias de infraestrutura verde capazes de amenizar os impactos negativos deste processo, podendo conformar verdadeiros corredores verdes.
Os corredores verdes são capazes de integrar a natureza à cidade na medida que funcionam como estratégia de conservação da natureza, de promoção da saúde pública, de melhoria da qualidade do ambiente urbano e constituem-se como elementos de suporte físico para mitigação de problemas ambientais e bioclimáticos (MASCARÓ; BONATTO, 2013). Lotufo (2013, p. 77), define essa alternativa como: “[...] um conjunto de serviços ecossistêmicos que, integrado ao espaço construído, traz benefícios econômicos, sociais e ambientais”.
Recentes abordagens sobre o desenvolvimento de tecnologias com foco na mitigação de problemas climáticos e adaptação ao meio construído incluem a utilização da vegetação sobre o ambiente já consolidado. Essa técnica se mostra capaz de modificar as características térmicas de um microclima urbano, ao diminuir a radiação solar e controlar a temperatura por meio da transpiração vegetal (VALESAN, 2009). A aplicação da vegetação nas superfícies, na forma de telhado ou parede verde, possui um papel importante no microclima, devido às suas propriedades térmicas. Conforme Laar (2001), os telhados verdes possuem características adequadas no que diz respeito à busca por condições de conforto e bem-estar. Os telhados verdes também atenuam o escoamento de águas pluviais, pois absorvem uma parte do fluxo de água em áreas urbanas (OBERNDORFER et al., 2007). Scherer e Fredrizzi (2014) ressaltam que a utilização da vegetação pode ser considerada uma estratégia para o futuro das cidades, já que são inúmeros os benefícios proporcionados pelo aumento do verde nos centros urbanos, como os benefícios ambientais, sociais, estéticos e psicológicos, representando assim, uma importante justificativa para a inserção da infraestrutura verde em várias escalas. No entanto, a sua pesquisa e aplicação foi desenvolvida, principalmente, em países de climas temperados, tais como, os Estados Unidos e países da Europa, sendo escassos os estudos que avaliam o impacto em áreas consolidadas de climas tropicais úmidos, tal como os centros urbanos.
Ao apresentar a trajetória das abordagens do clima urbano, Assis (2005) relata que as pesquisas nos países desenvolvidos se aprofundaram na modelização física e numérica. Entretanto, na maior parte dos estudos em áreas tropicais, a abordagem ainda é descritiva sobre as ilhas de calor e a qualidade do ar, por exemplo, com pouca atenção à abordagem sobre balanço energético e simulações para fins de aplicações no planejamento urbano.
Diante desse cenário, o presente estudo pretende responder a seguinte pergunta: qual a capacidade das superfícies vegetadas em influenciar a melhoria do microclima urbano, especificamente de clima tropical úmido, e em áreas consolidadas?
De forma mais específica, esta pesquisa se justifica pelas contribuições que poderão ser dadas nas utilizações de análises paramétricas, que adicionem a vegetação na arquitetura dos edifícios e, com implicações na escala microclimática urbana, sobretudo porque são escassos os estudos com utilizações de parâmetros climáticos, que vinculam a qualidade do ambiente urbano aos telhados e fachadas verdes, em especial, na região da cidade de Vitória. Assim, o presente trabalho pode auxiliar em buscas de alternativas para adequar as cidades ao bem-estar de seus habitantes e de agregar elementos naturais na composição do desenho urbano, com foco na recuperação ambiental urbana de ambientes consolidados e degradados.
1.1. OBJETIVOS GERAL E ESPECÍFICOS
O objetivo geral da pesquisa é avaliar a capacidade de melhoria do microclima urbano e do conforto térmico pela influência dos telhados e paredes vegetadas, utilizando para o estudo, um recorte já consolidado no Centro do município de Vitória – ES, carente de vegetação e que não comporta a inserção de arborização urbana. Os objetivos específicos desta pesquisa consistem em:
a) Aprofundar o estudo teórico sobre o clima urbano e suas variáveis climáticas: temperatura do ar, velocidade do vento, umidade relativa, Temperatura Média
Radiante (MRT), assim como os índices: Voto Médio Estimado (PMV) e Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas (PPD).
b) Manipular o software ENVI- met, descobrindo as ferramentas de interface, assim como encontrar suas limitações.
c) Pesquisar os diferentes tipos de tecnologias associadas à aplicação das superfícies vegetadas.
d) Compreender os resultados das simulações por meio das análises das variáveis climáticas e dos índices de conforto térmico de modo a extrair conclusões acerca dos impactos gerados de cada cenário simulado.
No intento de atingir os objetivos supracitados, o trabalho foi organizado em cinco capítulos. O capítulo introdutório apresenta uma abordagem dos aspectos essenciais da pesquisa, justificando a escolha do tema, contextualizando o assunto e delimitando sua problemática. Faz parte também do primeiro capítulo a definição dos objetivos como a apresentação da estrutura do escopo.
No capítulo 2 faz-se a revisão de literatura por meio de uma pesquisa bibliográfica comentada, o que permite a fundamentação teórica do trabalho, tanto em termos conceituais, quanto para o levantamento de hipótese sobre a influência das superfícies vegetadas para a melhoria do conforto ambiental. Para tanto, é apresentado o panorama geral sobre a ambiência urbana, a relação entre o clima e os fatores que levaram à perda da qualidade ambiental, como o processo de formação das ilhas de calor. Descreve-se com mais detalhes sobre conforto térmico em espaços públicos abertos e suas principais metodologias e índices aplicados, assim como uma breve abordagem sobre os benefícios psicológicos da vegetação. Ainda no segundo capítulo, é apresentada a influência da vegetação no clima urbano e os principais mecanismos de amenização da radiação solar.
O capítulo 3, denominado Métodos, apresenta as metodologias e técnicas adotadas para atenderem aos objetivos da pesquisa: a escolha da zona urbana, a delimitação da região do estudo, a escolha do tipo de vegetação utilizada nas simulações, as justificativas da metodologia utilizada, bem como a apresentação das ferramentas de simulações do programa, o software ENVI-met. Para as modelagens, apresenta-se a seleção dos parâmetros dos dados de entrada, como variáveis climáticas de
temperatura e da umidade relativa e específica. Para a caracterização do conforto térmico do pedestre, utilizou-se parâmetros de entrada, considerando o levantamento preliminar da zona escolhida e a elaboração de cenários com a incorporação das superfícies vegetadas em diferentes proporções, a fim de verificar os efeitos de cada cenário com características tipológicas adequadas ao enfoque desta pesquisa.
O capítulo 4 contém os resultados das simulações, que são demonstrados por meio dos mapas extraídos do programa utilizado. Com o objetivo de analisar os efeitos de cada técnica, foram comparados os mapas do cenário atual e os mapas dos cenários de telhados verdes e paredes verdes. Ao final, foram sintetizados os principais efeitos na temperatura, umidade e velocidade dos ventos, como também os índices de conforto térmico em espaços abertos.
O capítulo 5 finaliza a dissertação apontando as conclusões e sugestões para outras pesquisas no que concerne à adoção de técnicas de aplicação de vegetação nas edificações, que vise a melhoria o entorno urbano. Enfim, busca-se compreender com o trabalho a relação entre clima urbano e os efeitos das superfícies vegetadas. A partir daí, espera-se que seus desdobramentos futuros possam contribuir para o desenvolvimento de planos urbanos, pautados em diretrizes conceituais dos princípios bioclimáticos com foco no conforto térmico urbano.
2. ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS E A QUALIDADE DO AMBIENTE URBANO
Este capítulo apresenta o referencial teórico sobre o tema principal e mais abrangente: alterações climáticas e a qualidade do ambiente construído. Está dividido em duas principais partes: a primeira parte abrange o conceito de clima, as classificações e a abordagem do clima urbano evidenciando os elementos que o influenciam. Descreve-se também sobre os fatores da forma urbana e a relação com o conforto térmico em espaços abertos, além dos índices que representam as sensações térmicas em áreas urbanas. A segunda parte apresenta os efeitos sobre a qualidade ambiental urbana das áreas verdes e demonstra como a vegetação interfere no microclima urbano como também traz benefícios psicológicos. Conceitua-se as formas de superfícies vegetadas na envoltória das edificações como importante estratégia de mitigação dos efeitos das alterações climáticas, assim como as principais vantagens e desvantagens associadas à cada técnica.
A intensificação do processo de urbanização tem-se tornado um grande desafio para a qualidade do ambiente urbano. Se, por um lado, a transformação campo-cidade, na década de 20, esteve voltada para a expansão do comércio, dos serviços, e das indústrias em áreas urbanas, por outro lado, ocorreu a intensificação do uso e ocupação do solo pelo adensamento urbano sem um adequado planejamento. Isso se deve ao fato da abordagem sobre a qualidade do ambiente construído ser iniciada somente nas décadas de 50 e 60, quando a população já era majoritariamente urbana (LIMA, PINHEIRO e MENDONÇA, 2012).
Segundo Minaki e Amorim (2011), o conceito de qualidade ambiental envolve diversos aspectos relativos às condições de habitação, ecológico-ambientais e econômicas de um determinado local, tais como a qualidade de vida. Diante disso, as atividades na cidade e as alterações decorrentes dela trazem consequências para o meio natural, proporcionando assim, a criação de condições climáticas que serão determinantes para a qualidade ambiental. Pode-se afirmar, portanto, que essas condições climáticas urbanas alteradas são responsáveis também pela diminuição da qualidade de vida (LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 1997).
estimula reações na natureza sob a forma de alterações climáticas. Este fator, além de interferir na qualidade ambiental urbana, afeta o cotidiano das pessoas, uma vez que “ […] o homem defronta-se com a impessoalidade da grande aglomeração e com a má qualidade do meio ambiente, geradas pela rápida transição da vida urbana metropolitana” (LOMBARDO, 1985, p.16).
Nesse mesmo sentido, Rossi, Minella e Krüger (2009) explicam que as atividades na cidade, em função do uso e ocupação dos ambientes urbanos, interferem no clima urbano e geram mudanças climáticas que afetam os seres humanos. Ou seja, a mudança do balanço de energia inicial, advinda do: adensamento urbano, da intensificação do uso e ocupação do solo urbano, da inércia térmica das construções e geometria urbana, da impermeabilização do solo, como também pela redução significativa das áreas verdes, influencia os elementos do clima e atinge a escala urbana de maneira negativa. Lombardo (1985) explica que os habitantes se depararam com as reações da natureza em forma de fenômenos inter-relacionados, como ilha de calor, poluição do ar, inundações, desabamentos, que passam a fazer parte do cotidiano do homem urbano.
No que concerne às condições atmosféricas, é possível elaborar soluções arquitetônicas adequadas para cada região climática, desde que haja um conhecimento prévio sobre a dinâmica do clima. Pippi, Afonso e Santiago (2002) acrescentam que a arquitetura, o urbanismo e o paisagismo devem estar interligados no planejamento das cidades, sob a ótica do controle ambiental e da qualidade de vida, para a conformação de um desenho urbano que vise à melhoria da ambiência.
Nesse sentido, as decisões no planejamento urbano, de modo geral, podem transformar o microclima, tornando-o confortável ou insuportável. Assim, o clima local será determinado pelas decisões de projeto e este terá impacto na qualidade de vida da sociedade (CORBELLA, 2003).
Katzschner (1997) salienta que, durante os processos de crescimento e transformação das cidades, o estudo do clima urbano pode ser um instrumento muito importante no planejamento das cidades, pois ele considera a circulação do ar
e as condições térmicas como aspectos relevantes para o projeto de preservação e criação do “clima urbano ideal”. Deste modo, uma cidade sem adequado planejamento urbano ou com ausência de indicadores, que considerem as condições climáticas pode colocar em risco a qualidade de vida dos seus habitantes. Neste aspecto, o conforto térmico, um dos importantes indicadores utilizados para representar os elementos climáticos na escala humana, será tema tratado neste estudo, no item 2.1.7.
Logo, as mudanças originadas no processo de urbanização provocam, além dos impactos socioambientais, alterações na atmosfera do ar, que originam o clima urbano, sendo suas causas, a retirada da cobertura vegetal, o aumento da impermeabilização do solo e a inércia térmica dos materiais; tópicos a serem tratados no decorrer do presente estudo. Esse fenômeno está relacionado diretamente às ações antrópicas no meio urbano interferindo, assim, no balanço de energia, no conforto térmico, levando à degradação de qualidade ambiental urbana (VIDAL; MORETTI; AMORIM, 2014).
Diante disso, as diferentes formas de interação entre as condições do clima e o espaço construído devem servir como indicadores de qualidade ambiental na análise da ambiência urbana (SANT’ANNA NETO; AMORIM, 2009). Inicia-se, portanto, com o estudo do tema principal: o clima.
2.1. CLIMA
Segundo Romero (1998), o estudo do clima compreende tanto a sua formação, originada de fatores geomorfológicos e espaciais quanto a sua caracterização. Para uma análise mais aprofundada, tais fatores devem ser considerados, a fim de se obter melhores resultados para o desenho de um projeto.
Com a proposta de definir o clima, Romero (1998) adotou a diferenciação entre os elementos e fatores climáticos. O primeiro tem como objetivo definir e apresentar os componentes do clima, e os outros possuem a função de condicionar, determinar e definir sua origem. Os fatores climáticos se dividem em: locais e globais. Os locais
são responsáveis pelas variações do clima, já os fatores climáticos globais determinam e originam o clima. A radiação solar, latitude, longitude, altitude, ventos e massas de água e terra são os fatores globais e são descritos a seguir:
A radiação solar consiste da radiação advinda do Sol, que atravessa a atmosfera em forma de ondas magnéticas, mas somente uma parcela chega na camada terrestre. A outra parte é dispersada nas subcamadas acima. Essa parcela que penetra na atmosfera, é refletiva posteriormente pelas superfícies terrestres ou mesmo pelas nuvens e outra parte é absorvida gerando aumento da temperatura.
A radiação solar apresenta as seguintes definições (DUFFIE; BECKMAN, 1980, apud PAULA, 2004, p. 14):
Radiação direta: aquela recebida do Sol sem ter sido espalhada, de alguma forma, pela atmosfera.
Radiação difusa: aquela que teve sua direção alterada por elementos presentes na atmosfera.
Radiação de onda longa: tem, em seu espectro, valores acima de 3000 nm e sua origem em fontes com temperaturas próximas a do ambiente.
Radiação de onda curta: tem seu espectro valores entre 300 nm e 3000 nm e inclui os componentes diretos e difusos
A latitude é a posição do local em coordenadas em relação à linha do Equador.
A longitude é a posição da localidade em relação à distância ao eixo horizontal do Meridiano de Greenwich, não interferindo muito na formação do clima.
A altitude é a distância em relação ao nível do mar, sendo este o elemento que mais influência no clima.
Os ventos se caracterizam pelas movimentações de ar, advindos do processo adiabático, ou seja, das movimentações de ar pelos processos de perda ou ganho de pressão de um determinado local, devido à tendência a se igualarem as pressões;
As massas de água e terra se caracterizam pelas quantidades de água como lagos e rios, disponíveis nas superfícies terrestres, já as massas de terras são quantidade de solos também na superfície da terra. As massas de terra possuem maiores capacidades de armazenagens de calor em relação às massas de água sendo, portanto, mais quentes.
Os fatores climáticos locais influenciam de forma mais pontual o clima, como exemplo o bairro, a rua e etc.. Os principais fatores que contribuem para o microclima são:
Topografia é originada dos próprios processos morfológicos da Terra, sendo este de extrema importância para a definição de um microclima.
A vegetação contribui para absorção da radiação solar pelo efeito da fotossíntese e transformar o ganho solar em própria atividade metabólica, diminuindo temperatura.
Superfície dos solos podem ser o próprio solo natural ou o solo construído. Estes elementos com suas próprias características determinarão a quantidade de radiação refletida ou absorvida e a permeabilidade do solo, ou seja, a quantidade de infiltrações e drenagem para o ciclo da água.
Em sequência, os elementos climáticos são os que representam o clima, tais como: temperatura, precipitações umidade e movimento do ar. Os elementos do clima, também denominados de meteorológicos, são os parâmetros mensuráveis, cujas variações definem o clima (GOULART et al, 1994).
Temperatura é representado pela relação entre o aquecimento e esfriamento da superfície da terra é o fator determinante da temperatura do ar.
As precipitações ocorrem quando as massas de ar com vapor d´água condensam e passa do estado de vapor para o estado líquido.
A umidade de ar é equivalente ao vapor d’água no ar originado dos processos de evaporação da água, da evapotranspiração dos vegetais. A umidade específica, por sua vez, é definida pelo peso do vapor d’água por unidade de peso de ar (g/Kg).
influenciada diretamente da temperatura do ar.
A Figura 1 construída por Romero (1988) sintetiza a explicação, representa e classifica os fatores climáticos globais, locais e elementos climáticos.
Figura 1 - Configuração do clima
Fonte: Romero (1988).
clima específico, chamado de clima urbano.
2.1.1. O clima urbano
Segundo Oke (1991), os estudos do clima urbano se iniciaram por Howard, conhecido como o “pai” da climatologia urbana pelas suas observações, interpretações e relatórios sobre a temperatura do ar na cidade de Londres e em outras cidades ao redor. Howard descreveu dois principais estudos intitulados de “The Climate of London” (1818, 1820), onde reconheceu as anomalias de calor nos termômetros e referidas hoje como “ilhas de calor”.
Landsberg, em seu estudo denominado de The Climate of tows (1956), comparou o centro de Londres com os locais ao redor por meio de médias térmicas, reconhecendo a formação de Ilhas de calor na cidade. Landsberg elaborou uma síntese sobre os estudos dos climas urbanos e apontou os atributos fundamentais que geram as particularidades para os estados atmosféricos, sob a ótica da integração dos elementos ao ambiente urbano. Outro pesquisador, Tony Chandler (1965), monitorou a ilha de calor em Londres e encontrou diferenças na temperatura da cidade com as circunvizinhas, publicando a obra The climate of London (MONTEIRO; MENDONÇA, 2003).
Na literatura brasileira, Monteiro (2003) criou uma proposta teórico-metodológica, intitulada de Sistema Clima Urbano (S.C.U), para conduzir estudos sobre os climas das cidades do Brasil por meio de uma perspectiva integradora e dinâmica sobre os elementos do clima e suas interferências da cidade. De acordo com os enunciados básicos sobre as ideias reguladoras com fins de ação normativa da teoria e ações em pesquisa, apresentados por Monteiro (2003), deve-se evitar a colocação do clima urbano em definições por termos. Landsberg (1981) explica que as definições por termos podem gerar erros nas interpretações do clima urbano, porque há uma série de fatores climáticos e condições urbanas que o influenciam, devendo, portanto, ser analisado simultaneamente “Cada forma, cada casa e cada estrada geram um novo microclima” (LANDSBERG, 1981, p. 584, tradução nossa)1
A Figura 2 abaixo representa o clima urbano formado pelas interações entre o clima regional e as condições urbanas, que são caracterizadas pelos seguintes elementos: poluição do ar, originada de processos de produção fabril; a produção de calor das superfícies das edificações; as pavimentações urbanas; a verticalização; a concentração das edificações e as atividades urbanas. A topografia, que é a forma natural da superfície da região, também influencia o clima urbano devido às diferentes formas de relevo, como planícies e planaltos. O clima urbano se caracteriza, portanto, pelo aumento da poluição do ar, da temperatura e a nebulosidade, a diminuição do brilho solar, diminuição da umidade relativa, os padrões dos ventos.
Figura 2- Formação do clima urbano
Fonte: RYT (1972, apud GOULART et al, 1994, p.7).
Oke (2004) ressalta que as características mais significativas que afetam o clima urbano são: a estrutura urbana, caracterizada pelas dimensões dos edifícios, os espaços entre eles e a largura das ruas; o tipo de solo, que pode ser pavimento, água ou vegetação; e o tecido urbano, composto de construções e materiais naturais; o metabolismo urbano; o calor e os poluentes gerados pela atividade humana cotidiana, como o deslocamento por meio de transporte público e privado que gera poluentes.
2.1.2. Escalas Climáticas
Em 1984, Oke (2004) desenvolveu uma divisão de escala espacial e temporal, aplicada em áreas urbanas. As escalas são apresentadas na Figura 3 e na Figura 4, a seguir.
Figura 3- Esquema das escalas climáticas proposto por Oke – Mesoescala
Fonte: Adaptado de Oke (2004).
Figura 4- Esquema das escalas climáticas proposto por Oke – Escalas Local e Microclimática
Fonte: Adaptado de Oke (2004).
A partir deste estudo, Oke (1984) definiu três níveis de escala para se obter a correta relação entre as estações meteorológicas e as variáveis coletadas:
Microescala: escala definida pelas dimensões de elementos individuais como edifícios, árvores, estradas, ruas, pátios, jardins, entre outros. As temperaturas da superfície e do ar podem variar de acordo com vários graus de distâncias pequenas (milímetros) e o fluxo de ar pode ser modificado por pequenos objetos. A influência desses elementos restringe-se à atmosfera urbana inferior,
denominada “Urban Canopy Layer”.
Escala Local: corresponde a uma escala que inclui características de relevo e exclui a influência do microclima. Nas áreas urbanas correspondem um tipo específico de uso e ocupação do solo, por exemplo, o tamanho e espaçamento de edifícios, materiais de construção e atividades. A escala local varia de um a alguns quilômetros. O objetivo é alcançar observações climáticas livres de interferências dos microclimas. Na vertical, a influência dessa organização escalar estende-se ao limite superior da camada de atrito, conhecido também como “Roughness Layer”.
Mesoescala: é a escala definida pela influência do clima da cidade na área superior das dimensões da cidade, se estendendo à atmosfera urbana superior, este último é também chamado de “Urban Boundary Layer”.
Segundo Oke (2006), o microclima, dentro de uma escala climática, possui um raio de influência de 0,5 a 1 Km, pois esse é o círculo de influência da temperatura e umidade relativa do ar de um sensor, dependendo do grau de densidade da área. As condições climáticas nas cidades, de forma geral, são diferentes das zonas rurais, transformando-se em um microclima característico, denominado “microclima urbano”.
Para a escala do microclima, Lamas (1992) considera que os fatores fundamentais para a formação são: o sítio, a função e a morfologia urbana. O sítio é referente ao local, a função descreve os tipos de atividades exercidas no local e a morfologia contempla a geometria dos edifícios como também os elementos naturais, tais como: relevos e superfícies aquáticas.
2.1.3. Fatores climáticos locais
O microclima urbano é resultante dos fluxos de trocas radiativas, de calor e água entre o solo profundo, as superfícies urbanas e a atmosfera. Estes processos
compõem o equilíbrio energético, em que a radiação do sol e a ação antropogênica devem estar balanceadas nesse sistema, sendo assim, uma relação de causa e efeito entre si (VILELA, 2007). Essas múltiplas interações relacionadas aos processos térmico, radiativo, hidrológico e aerodinâmico, incluindo o comportamento térmico dos edifícios, são esboçadas na Figura 5 (BOZONNET et al., 2015).
Figura 5- Esquema de balanço térmico e hídrico
Fonte: Bozonnet et al. (2013).
Na Figura 5, no item “a”, é apresentado o balanço hídrico gerado pelo intercâmbio de água entre o solo e as redes subterrâneas, as superfícies e a atmosfera. Esse equilíbrio leva em consideração as características da superfície, tais como: infiltração, presença de vegetação, as propriedades hidrológicas do solo, como, permeabilidade e a presença de redes subterrâneas. Os fluxos de evapotranspiração entre a superfície e a atmosfera correspondem ao fluxo de calor latente incluído na energia de superfície. O item “b” expressa o equilíbrio entre a radiação, o fluxo de calor latente, o fluxo de calor sensível, oriundo do processo de convecção da superfície e o fluxo de calor condutor no solo, assim como do envelope do edifício. Os fluxos de calor advectivo e antropogênico também estão envolvidos no balanço de energia urbana. O fluxo de calor condutor depende de sistemas ambientais internos e cargas, isto é, aquecimento, resfriamento e outros
usos do edifício. O balanço térmico do edifício inclui o equilíbrio entre os fluxos de calor através de paredes e coberturas, cargas internas (ocupantes, equipamentos etc.) e fluxos relacionados à ventilação e infiltração de ar através da envoltória do edifício (Figura 05, item c). O fluxo de calor sensível nas superfícies da parede depende do fluxo de ar e da temperatura da parede próxima. As taxas de ventilação e infiltração também dependem do fluxo de ar externo.
De acordo com estudos feitos por Bardou e Arzoumanian (1984, apud PAULA, 2004), toda radiação que chega à atmosfera, aproximadamente 15% são absorvidos por ela e 32% devolvidos por difusão ao espaço. Dos 50% restantes que atingem o solo, 6% são perdidos por reflexão e 47% absorvidos pela superfície do solo.
O efeito da absorção e difusão depende dos materiais utilizados no ambiente construído. Quanto maior a compacidade da área das edificações, maior a redução da radiação solar direta por sombreamento e maior o aumento da radiação difusa, ocasionado pelas inter reflexões entre edifícios, como também será maior a retenção da radiação de onda longa no espaço urbano (ROMERO, 2011). Além disso, Ayoade (2011) afirma que conforme o período do dia, a temperatura varia em função do aquecimento da superfície em relação ao ângulo de incidência da radiação. As temperaturas, no início da manhã e no final da tarde, são menores que no meio do dia.
2.1.4. Dos Albedos
Nince (2013) explica que o albedo é a designação frequentemente dada à refletância total de um dado sistema, expresso em porcentagem, considerando-se os quocientes entre o fluxo de radiação refletido e o fluxo incidente. Bias, Baptista e Lombardo (2003) explicam que o fenômeno do aumento de temperatura é ocorre mais em ambientes urbanos, pois, como mostra a Figura 6, os diferentes albedos, oriundos dos materiais empregados na construção civil, armazenam mais calor. Nota-se assim que, dependendo do albedo, mais radiação será absorvida e maior calor será emitido pela superfície.
Figura 6- Albedo dos materiais urbanos
Fonte: Bias, Baptista e Lombardo (2003).
Bustos Romero (2001) salienta que a combinação do albedo das superfícies com a disposição geométrica, traz, como consequência, a média de albedos urbanos 0,15 mais baixos que os da maioria das paisagens rurais. Ou seja, em áreas urbanas, o fluxo de calor refletivo é menor, pois as propriedades das superfícies urbanas retêm a radiação, como é o caso da pavimentação com asfalto.
Diversos tipos de materiais construtivos têm sido utilizados nas edificações em áreas urbanas. Esses elementos são os que mais interferem nas variações de temperatura, como as coberturas (telhados), pois são capazes de modificar tanto a geração de calor para o entorno das edificações quanto para o interior das mesmas. Esse calor é demostrado pelas variáveis de refletância e emissividade dos materiais (ARAUJO; SANT’ANNA NETO, 2016).
A emissividade representa o desempenho térmico por meio da temperatura superficial. Portanto, as superfícies com elevado albedo e alta emissividade permanecem com temperaturas mais baixas quando expostas à radiação do sol, pois emitem mais radiação térmica. Ao contrário, quanto menor for o albedo e a emissividade, maior será a absorção de radiação solar (SANT’ANNA NETO; AMORIM, 2009).
A emissividade pode contribuir com diferentes graus para a mudança de temperatura e sua contribuição pode ser maior se comparada com a alteração do albedo, em alguns casos (VENDRASCO; FREITAS; DIAS, 2016).
A tabela 1 abaixo, apresenta os tipos de materiais utilizados nos telhados e os respectivos índices, como albedo e emissividade.
Tabela 1- Temperatura superficial dos materiais
Fonte: Astm (1980).
Conforme a tabela 1 acima, a cerâmica possui um albedo menor que o alumínio, porém maior que o do fibrocimento. Os materiais feitos com cerâmica, fibrocimento e alumínio com cores claras e escuras possuem o mesmo índice de emissividade. No entanto, quando se compara a diferença de temperatura entre o ar e o material, é possível identificar que a cerâmica possui -0.1 °C de diferença, enquanto o fibrocimento -0.6 °C. Já o alumínio com cores claras, a diferença é de + 3.2 ºC. Ou seja, para um mesmo grau de emissividade pode-se obter diferenças maiores ou menores de temperatura do ar. Neste caso, um albedo maior contribui para as temperaturas mais amenas.
Segundo Branco (2009), os materiais utilizados no processo de urbanização das cidades possuem propriedades físicas diferentes do solo natural, possuindo menor albedo, elevada capacidade calorífica e maior valor de condutividade térmica em relação às propriedades naturais do solo. De tal modo, o balanço de radiação é modificado pelo aumento da temperatura do ar e pela diminuição da umidade, interferindo na qualidade bioclimática dos espaços urbanos.
Silva e Romero (2010) complementam que a quantidade de radiação absorvida está diretamente relacionada com a razão entre a largura viária e as alturas das edificações, representadas por W e H respectivamente, (relação W/H), pois os edifícios armazenam a radiação de ondas curtas e devido às várias reflexões,
aumentam, assim, a energia absorvida. A Figura 7 representa alturas e larguras para as diversas possibilidades de absorções e radiações.
Figura 7- Impacto da radiação solar em diferentes configurações
Fonte: Romero (2001 apud Schmitz 2014).
Portanto, a forma de ocupação de solo, a densidade edificada, as propriedades dos materiais utilizados na composição de pavimentação como também os materiais adotados nas superfícies das edificações possuem potencial para a formação de ilhas de calor urbana. Esses efeitos nas mudanças das propriedades das superfícies das pavimentações e das envoltórias das edificações, em centros urbanos, sobre a temperatura, interferem diretamente no conforto térmico em espaços públicos.
2.1.5. Da Rugosidade
Segundo Santos (2004), a rugosidade é definida como a superfícies das massas edificadas de uma área. Nos estudos de clima urbano, a camada de rugosidade, definida por Oke (1987), refere-se à camada limite dos telhados das edificações, nas quais as condições térmicas influenciam diretamente no conforto térmico. Na estrutura urbana, as dimensões dos edifícios alteram a dinâmica da velocidade e o sentido dos ventos e, são caracterizadas como índice de rugosidade.
As rugosidades urbanas, juntamente com os componentes térmicos dos materiais, causam complexos efeitos de radiação. Além disso, as geometrias das edificações comportam-se como obstáculos para a passagem do vento, ao impedir o fluxo natural do ar nesse ambiente. Ou seja, as diferentes formas de disposição dos edifícios criam conformações urbanas com variações de permeabilidade, podendo
gerar barreiras ao vento e gerar efeitos de canalização (ROMERO, 2011; LOMBARDO, 1985).
A Figura 8 demostra o efeito das dimensões dos edifícios na ventilação urbana em diferentes cenários. No primeiro caso, o campo aberto apresenta, para a mesma altura de 150 m, a porcentagem de 91% da velocidade do vento. Já para a área nomeada de suburbana, o valor cai para 77% e para o centro urbano a velocidade chega a 68%. Isso ocorre por causa das faces da geometria dos edifícios encontrarem-se expostas ao vento, servindo de barreira para a sua propagação. Outra diferença é em relação ao gradiente de velocidade, pelo qual nota-se que em áreas urbanas é maior a velocidade que em áreas rurais (SANTOS, 2004).
Figura 8- Efeito da rugosidade sobre o perfil de velocidade dos ventos
Fonte: Adaptado de Santos (2004).
Conforme Grimmond e Oke (1999, apud SILVA, 2014), as interferências da geometria urbana na ventilação natural variam conforme os espaçamentos entre as edificações e, portanto, existem formas de avaliação dos fluxos, conforme Figura 9:
Fluxo com rugosidade isolada: quando a distância entre as edificações (W), não interfere no fluxo de ar;
Fluxo com a interferência: quando o fluxo principal é partilhado em outros fluxos devido aos obstáculos e
Fluxo turbulento: quando a distância entre as edificações (W) é estreita desviando o fluxo de ar para cima, ocasionando um movimento de turbulência.
Figura 9- Regime de escoamento de um cânion urbano
Fonte: Romero (2011).
O sentido do vento é alterado pelo posicionamento dos edifícios e suas faces. Desse modo, os ventos de maior ou menor intensidade na região podem sofrer variações, assim como algumas áreas podem não receber a passagem do ar, como é o caso apresentado na Figura 10. Em algumas áreas, em função da barreira que a geometria faz, como o local mapeado por uma mancha na figura, fica sem ação do vento (ROMERO, 2011).
Figura 10- Regime de escoamento de um cânion urbano
Fonte: Romero (2011).
à orientação das paredes do cânion urbano, cuja formação da rua é margeada por uma série de edificações. Quando a velocidade é perpendicular ao eixo, o fluxo fica caracterizado como movimentos espirais. Já quando a orientação é paralela, os valores ficam acima de 4m/s e o fluxo corre no mesmo sentido.
2.1.6. Ilhas de calor
Segundo Carfan e Nery (2010), o microclima nas áreas urbanas sofre influência de diferentes variáveis, tais como: geometria urbana e materiais das superfícies, as quais pode contribuir para um ambiente desfavorável. O aumento das temperaturas no ambiente urbano em relação ao entorno é um exemplo dessa interferência negativa, denominada de “ilha de calor”.
Conforme Danni (1980), para a melhor compreensão do fenômeno de ilha térmica, alguns autores (Oke, 1978 e Frisken, 1973) à comparam com um relevo, cujas temperaturas mais elevadas (∆Tu_r), representadas por um pico, decrescem gradualmente em direção ao subúrbio e significativamente em direção à área rural (Figura 11).
Figura 11- Seção transversal generalizada de uma típica ilha térmica urbana
Fonte: Oke (1976 apud DANNI 1980, p. 294).
Danni (1980) destaca que as causas primárias do surgimento e o desenvolvimento da ilha de calor são os fenômenos sazonais e azonais (elementos diferentes do que se espera, dentro de um ambiente ecológico típico) oriundas de diversas variáveis
complexas (Figura 12). Secundariamente, a quantidade de calor sensível da atmosfera, decorrente de uma menor evaporação, provocando a precipitação sobre as coberturas das ruas e seu escoamento pelo sistema de drenagem urbana. Os fenômenos sazonais estão relacionados com a poluição atmosférica, a diminuição da velocidade dos ventos e com as características do próprio local. Assim, a velocidade terá uma diminuição de cerca de 15 a 17%, devido à estrutura da cidade. Como consequência, haverá menor disseminação dos poluentes, vapor d'água e outros gases no ar. Apesar do sítio urbano variar com relação a cada cidade, pode-se generalizar os efeitos da topografia e hidrografia. A topografia possui o potencial de amenizar a intensidade das ilhas de calor como também melhorar o resfriamento do ar pela diferença de pressão na atmosfera.
Figura 12 - Variáveis que atuam na formação de ilha de calor
Fonte: Danni (1980).
Gartland (2010) apresenta cinco principais características das ilhas de calor:
Após o pôr-do-sol, a ilhas de calor são geralmente mais quentes, sendo mais frescas após o amanhecer. O ar no dossel urbano, ou seja, abaixo das copas das árvores e edifícios, pode ser até 6ºC mais quente do que o ar em áreas rurais;
A temperatura do ar é elevada em consequência do aquecimento das superfícies artificiais, que absorvem mais calor solar do que a vegetação natural;
As diferenças de temperatura são realçadas quando os dias estão calmos e claros;
São mais intensas nas áreas onde há maior desenvolvimento urbano e menor quantidade de vegetação e
O ar mais quente das ilhas de calor apresenta-se na “camada limite”, ou seja, a camada de ar que abrange até 2000 m de altura da superfície. Esse efeito é provocado pela inversão térmica, o fenômeno das ilhas de calor é caracterizado pela inversão das temperaturas dos locais e pelos poluentes do ar.
Oliveira (1998) ressalta que a ilha de calor ocorre durante o período da noite, pois ocorre a liberação de energia térmica armazenada durante o dia nos ambientes urbanos, e no período de inverno, esse efeito é mais marcante que no verão. Oke (1987) acrescenta que os picos de calor ocorrem cerca de três a quatro horas após o pôr do sol.
Lombardo (1985) destaca que a poluição, ao refletir a luz solar, influi na absorção e remissão da radiação em áreas urbanas, gerando assim, um excedente de temperatura, que retarda a sua dispersão. Apesar de diminuir a radiação solar, os poluentes aumentam a radiação de ondas longas, advindas das reflexões das radiações das superfícies urbanas, ou seja, das radiações terrestres.
O estudo da ilha de calor deve ser condicionado também à concentração dos edifícios, e aos efeitos de transformação de energia, advindos das estruturas verticais, e aos materiais do espaço físico construído, como asfalto e paredes de concreto. Conforme Pérez-Urrestarazu et al. (2016) descrevem, os edifícios mais altos são um exemplo das alterações da superfície da terra por utilização de materiais que retêm o calor. Essas superfícies verticais absorvem a radiação solar que é subsequentemente novamente irradiada na forma de calor, aumentando assim, o efeito de aquecimento das zonas urbanas.
Segundo Junior et al. (2011), deve-se dar importância aos processos que ocorrem na atmosfera e que geram os diversos climas por meio de fluxos de energia. A partir
da entrada da energia solar, os componentes responsáveis por esses fluxos se encontram com o ambiente urbano e transformam a energia. Dentre esses fluxos, o homem e suas interferências possuem um papel decisivo para o sistema, tanto que os produtos do Sistema de Clima Urbano (S.C.U) são focados nos canais de percepção do homem, tornando-o referencial para as soluções.
Monteiro (2003) elaborou um diagrama visando a auxiliar na compreensão e caracterização geral dos três canais perceptivos às relações sistêmicas que se estabelecem no S.C.U:
Conforto Térmico - engloba as componentes termodinâmicas que, em suas relações, se expressam através do calor, ventilação e umidade nos referenciais básicos a essa noção. É um filtro perceptivo bastante significativo, pois afeta a todos permanentemente. Constitui, seja na climatologia médica, seja na tecnologia habitacional, assunto de investigação de importância crescente;
Qualidade do Ar - a poluição é um dos males do século e talvez aquele que, por seus efeitos mais dramáticos, atraia mais a atenção. Associada às outras formas de poluição (água, solo etc.), a do ar é uma das mais decisivas na qualidade ambiental urbana;
Meteoros do Impacto - aqui estão agrupadas todas aquelas formas meteóricas, hídricas (chuva, neve, nevoeiro), mecânicas (tornados) e elétricas (tempestade), que assumindo, eventualmente, manifestações de intensidade, são capazes de causar impacto na vida da cidade, perturbando-a ou lhe desorganizando a circulação e os serviços.
Para Monteiro (2003), os componentes termodinâmicos do clima são referências para a ação do conforto térmico urbano e fundamentais para a resolução de problemas do clima. Essas análises termodinâmicas fornecem informações básicas de criação de mecanismos de adaptação de espaços urbanos.
Pode-se concluir que existem diversos fatores para a determinação de um clima urbano, como a geometria das edificações, os materiais de revestimento do solo, a ventilação urbana entre outros.
2.1.7. Conforto térmico em espaços públicos abertos
O conforto térmico é uma sensação sentida pelo corpo humano, e, portanto, subjetiva, relacionada aos fatores físicos, psicológicos e fisiológicos. Os físicos são aqueles ligados às trocas de calor entre o corpo humano e o meio. Os fisiológicos são os fatores relacionados com as reações internas do organismo, como transpiração e outros. Os psicológicos são aqueles relacionados com as respostas das sensações do homem advindas de percepções e de experiências (LAMBERTS, 2016).
O mecanismo fisiológico do homem para manter-se a uma temperatura corpórea próxima de 37ºC é chamado de termoregulação. Esse mecanismo permite que o organismo se adapte às diversas alterações do clima (RUAS, 1999 apud PAULA, 2004). Rossi, Minella e Krüger (2009) acrescentam que esse equilíbrio depende das condições ambientais como velocidade do ar, umidade relativa e outros e das características individuais, peso, altura, idade, sexo, tipo de vestimenta e atividades.
Lamberts (2016) descreve que por meio da alimentação o metabolismo do organismo adquire energia. Porém apenas 20% é transformada em atividade externa, como o trabalho. Os 80% restantes são transformados em calor para manter a temperatura interna. O calor gerado pelo organismo pode variar de 100 W a 1.000 W, sendo uma parte desse calor gerado é necessário, como já dito, para o funcionamento fisiológico do organismo e a outra parte, para o desenvolvimento das atividades externas. Essa saída de energia se dá por meio de processos na pele: por convecção e radiação e por evaporação do suor e por dissipação da umidade da pele. Por meio da respiração: por convecção e evaporação. As perdas por convecção e radiação são por calor sensível que corresponde ao processo de trocas de calor. Já as perdas por evaporação são perdas de calor latente, ou seja, pelos processos de transformação de energia do vapor d’água (Figura 13).
Figura 13 - Processos de manutenção do equilíbrio térmico
Fonte: Lamberts (2016, p. 49).
Sendo assim, o organismo experimenta a sensação de conforto térmico quando está em equilíbrio térmico com o ambiente, e influenciado pelas seguintes variáveis humanas e ambientais: No primeiro caso constituem-se como:
- Metabolismo gerado pela atividade física que se referem às atividades externas como o trabalho e as atividades basais internas que são aquelas relacionadas ao funcionamento dos órgãos do corpo (ROMERO, 1988).
- Resistência térmica é a resistência pela vestimenta que depende diretamente do tipo de material. É medida por meio das trocas secas relativas do indivíduo. Sua unidade é o clo, originada de clothes. Assim: 1 clo = 0,155 m2 . oC/W = 1 terno completo.
A Tabela 2 apresenta os índices de resistência térmica, representado pela sigla: Iclo, para as principais peças de roupa. Observa- se que cada componente da vestimenta de um indivíduo possui sua respectiva resistência (LAMBERTS, 2016).
Tabela 2- Índices de resistência térmica das principais peças de roupa
Fonte: Lamberts (2016)
Além disso, variáveis como sexo, idade, raça, hábitos alimentares, peso, altura podem exercer influência nas condições de conforto de cada pessoa e, portanto, devem ser consideradas na análise.
Já as variáveis as ambientais são: temperatura do ar; velocidade do ar; umidade relativa do ar, conforme explicado anteriormente, e temperatura radiante média. A temperatura radiante média descreve o ambiente radiante em um ponto, medida por meio do instrumento de medição chamado termômetro de globo (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 1997).
As condições de conforto térmico são produto de uma série de variáveis. Para avaliar tais condições, devem ser levadas em consideração as atividades desenvolvidas pelos indivíduos. Segundo Frota e Schiffer (2003), as condições de conforto térmico são dependentes das atividades desenvolvidas e da vestimenta, além das variáveis do ambiente, que proporcionam as trocas de calor entre o corpo e o ambiente. Dessa forma, os índices de conforto térmico procuram englobar, em um mesmo parâmetro, o efeito conjunto dessas variáveis. Em geral, esses índices são desenvolvidos, fixando um tipo de atividade e a vestimenta utilizada pelo indivíduo, para a partir daí relacionar as variáveis do ambiente explicadas no próximo tópico a seguir.
2.1.8. Índices de conforto térmico
Segundo Goulart et al (1994), considerações psicológicas e fisiológicas estão envolvidas para a definição de conforto térmico. Diante disso, como forma de expressar todas as variáveis do estudo de conforto térmico, vários modelos foram criados como um ponto de partida para a melhor compreensão dessas considerações. Gulyás, Unger e Matzarakis (2006) complementam que os índices foram desenvolvidos para descrever e quantificar o ambiente térmico do homem e os fluxos de energia entre o corpo e o ambiente.
Frota e Schiffer (2003) relatam que mesmo com as diversidades das variáveis para o conforto térmico e, variando uma ou até todas, as condições finais podem resultar em sensações ou respostas análogas ou até iguais. Em decorrência disso, foram desenvolvidos os índices que agrupam as condições que proporcionam as mesmas respostas — os índices de conforto térmico.
Para tanto, diferentemente classificações dos índices foram baseadas em propostas de modelo teóricos adotada, como:
Índices Biofísicos – que se baseiam nas trocas de calor entre o corpo e o meio ambiente correlacionando os elementos de conforto com as trocas de calor que as originam;
Índices Fisiológicos – que se baseiam nas reações fisiológicas originadas por condições conhecidas de elementos do clima, como temperatura do ar, temperatura radiante média, umidade do ar e velocidade do ar;
Índices Subjetivos – que se baseiam nas sensações subjetivas de conforto experimentadas em condições em que os elementos de conforto variam.
Conforme Goulart et al (1994), no início das pesquisas sobre conforto térmico, as mesmas eram voltadas para situações de condições fabris, principalmente para o trabalho, como Haldane em 1905, onde pesquisou sobre condições térmicas em
